數據庫系統原理-第一章 數據庫系統基本概念

目錄

• 第一章 數據庫系統基本概念
  • 1.1 數據管理技術的發展
  • 1.2 數據描述
  • 1.3 數據抽象的級別
  • 1.4 數據庫管理系統（DBMS）
  • 1.5 數據庫系統（DBS）

第一章 數據庫系統基本概念

1.1 數據管理技術的發展

人工管理階段
　　本階段計算機用於科學計算，尚無數據管理方面的軟件，也沒有文件的概念。計算時數據隨程序輸入內存，計算完畢自動釋放。

文件系統階段
　　此階段計算機開始用於信息管理，數據開始由操做系統的文件系統進行管理。文件系統提供讀寫方法，程序僅需文件名便可與數據打交道。但在數據的物理結構發生改變時，應用程序也要跟着修改，而且因爲文件間缺少聯繫，容易形成數據冗餘和不一致等問題。

數據庫階段
　　隨着數據管理技術發展，數據庫系統逐漸替代文件系統成爲了主流的數據管理軟件。數據庫系統克服了文件系統的缺點，加強了數據間的聯繫性、獨立性和便捷性。爲數據的安全、完整、正確提供了系統的保障。數據庫系統仍然是當今主要的數據管理軟件。

P4 高級數據庫階段
　　面向對象建模及開放數據庫互連技術是本書介紹高級數據庫階段的內容。

1.2 數據描述

概念設計中的數據描述
　　根據用戶需求設計數據庫的概念結構稱爲數據庫的概念設計。
概念設計用到如下4個術語：

1. 實體：能夠互相區別的事物，能夠是具體對象，例如一輛汽車。也能夠是抽象對象，例如一次借書。
2. 實體集：性質相同的實體集合，例如全部男學生。
3. 屬性：實體的每個特性，例如學生有學號、姓名、年齡、性別等屬性。
4. 實體標識符：能惟一標識實體的屬性或屬性集，例如學生的學號能夠做爲學生實體的標識符。

邏輯設計中的數據描述
　　邏輯設計是概念設計在DB中的具體實現，即前者是後者的實現方式。
最經常使用的一套術語：

1. 字段：實體的屬性即爲字段。字段的命名每每和屬性相同，例如學生有學號，姓名，年齡，性別等。
2. 記錄：字段的有序集合，即多個有序的字段組成一條記錄。例如學生記錄由學號、姓名，年齡，性別等字段組成。
3. 文件：同一類記錄的結合稱爲文件。例如全部的學生記錄組成了一個學生文件。
4. 關鍵碼：能惟一標識文件中每一個記錄的字段或字段集，例如學生記錄中的學號字段。

物理設計中的數據描述
　　從訪問速度由高到低分爲：高速緩存、內存、快閃內存器、磁盤存儲器、光盤存儲器、磁帶存儲器。

數據聯繫的描述
　　實體間的互相關係稱爲聯繫。
　　與聯繫有關的實體集個數稱爲元數。例如一個實體集之間的聯繫稱爲一元聯繫，兩個實體集之間的聯繫稱爲二元聯繫...以此類推。

二元聯繫的三種類型：

1. 一對一聯繫（1:1）：若是實體集E1中每一個實體至多和實體集E2中的一個實體有聯繫，反之亦然，那麼則稱實體集E1和E2的聯繫爲「一對一聯繫」，記爲「1:1」；
2. 一對多聯繫（1：N）：若是實體集E1中每一個實體能夠與實體集E2中任意個實體間有聯繫，而E2中每一個實體至多和E1中一個實體有聯繫，那麼稱E1對E2的聯繫是「一對多聯繫」，記爲「1：N」；
3. 多對多聯繫（M:N）：若是實體集E1中每一個實體能夠與實體集E2中任意個實體間有聯繫，反之亦然，那麼稱實體集E1和E2的聯繫是「多對多聯繫」，記爲「M:N」。

1.3 數據抽象的級別

數據抽象的過程
　　模型（Model）是對現實世界的抽象，在數據庫技術中使用數據模型對現實世界的數據進行抽象。
　　從現實世界的信息到數據庫存儲的數據，再到用戶使用的數據就是一個逐步抽象的過程。
　　在數據庫技術中根據數據抽象的級別定義了四種模型：概念模型、邏輯模型、外部模型和內部模型。

這四種模型定義以下：

1. 表達用戶需求的模型稱爲「概念模型」；
2. 表達計算機實現的模型，稱爲「邏輯模型」；
3. 表達用戶使用觀點的模型，稱爲「外部模型」；
4. 表達DB物理結構的模型，稱爲「內部模型」。
   這四種模型關係以下圖所示：

數據庫設計過程具體步驟以下：
第一步：根據用戶需求設計概念模型；
第二步：根據轉換規則把概念模型轉換爲邏輯模型；
第三步：根據用戶各業務單元的特色設計不一樣的外部模型供程序員使用；
第四步：數據庫實現時，根據邏輯模型設計內部模型。
通常，上述第一步稱爲DB的概念設計，第二步和第三步則稱爲DB的邏輯設計，而第四步稱爲DB的物理設計。

概念模型
　　概念模型從用戶需求出發進行數據建模。實體聯繫（ER）模型是概念模型的主要表達方式。ER模型經過ER圖來表示。

邏輯模型
　　邏輯模型從數據庫實現的觀點出發對數據進行建模。
　　邏輯模型主要有層次、網狀和關係模型。關係模型實現最簡單且是目前主流使用的模型。

外部模型
　　根據不一樣業務單元的特色，設計不一樣的外部模型。

內部模型
　　內部模型又稱爲物理模型，使用關係模型設計的DB其物理模型由內部自主實現。

三層模式和兩級映像
　　用戶（值應用程序等操做DB的終端）到數據庫之間的數據結構有三個層次：外模式、邏輯模式和內模式。這三個層次間有兩級的映像，即外模式和邏輯模式的映像和邏輯模式與內模式的映像。

1.4 數據庫管理系統（DBMS）

　　數據庫系統中對數據進行管理的軟件系統稱爲數據庫管理系統即DBMS。
DBMS工做示意圖：

DBMS工做流程：

1. 接受用戶的數據請求；
2. 將數據請求轉換成複雜的機器代碼；
3. 實現對數據庫的操做；
4. 從數據庫的操做中接受查詢結果；
5. 對查詢結果進行格式轉換；
6. 將處理結果返回給應用程序。

1.5 數據庫系統（DBS）

　　DBS是採用了數據庫的計算機系統，他是數據庫、硬件、軟件和數據庫管理員的集合體。